04.05.2021 - University of Jyväskylä

Los investigadores analizaron las corrientes circulantes en el interior de las nanopartículas de oro

Un nuevo método facilita el análisis preciso de los efectos del campo magnético en el interior de nanoestructuras complejas

Investigadores del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyvaskyla, en Finlandia, y de la Universidad de Guadalajara, en México, han desarrollado un método que permite simular y visualizar las corrientes de electrones inducidas por campos magnéticos en el interior de nanopartículas de oro. El método facilita el análisis preciso de los efectos del campo magnético en el interior de nanoestructuras complejas en las mediciones de resonancia magnética nuclear y establece criterios cuantitativos para la aromaticidad de las nanopartículas.

Según el electromagnetismo clásico, una partícula cargada que se mueve en un campo magnético externo experimenta una fuerza que hace que la trayectoria de la partícula sea circular. Esta ley básica de la física se utiliza, por ejemplo, en el diseño de ciclotrones que funcionan como aceleradores de partículas. Cuando se colocan partículas metálicas de tamaño nanométrico en un campo magnético, el campo induce una corriente de electrones que circula dentro de la partícula. La corriente circulante crea a su vez un campo magnético interno que se opone al campo externo. Este efecto físico se denomina blindaje magnético.

La intensidad del apantallamiento puede investigarse mediante la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). El apantallamiento magnético interno varía fuertemente en una escala de longitud atómica incluso dentro de una partícula de tamaño nanométrico. Entender estas variaciones a escala atómica sólo es posible empleando la teoría mecánica cuántica de las propiedades electrónicas de cada átomo que compone la nanopartícula.

Ahora, el grupo de investigación del profesor Hannu Häkkinen de la Universidad de Jyväskylä, en colaboración con la Universidad de Guadalajara (México), ha desarrollado un método para calcular, visualizar y analizar las corrientes de electrones que circulan en el interior de nanoestructuras 3D complejas. El método se aplicó a nanopartículas de oro con un diámetro de sólo un nanómetro aproximadamente. Los cálculos arrojan luz sobre resultados experimentales inexplicables de anteriores mediciones de RMN en la literatura sobre cómo cambia el apantallamiento magnético dentro de la partícula cuando se sustituye un átomo de oro por uno de platino.

También se desarrolló una nueva medida cuantitativa para caracterizar la aromaticidad dentro de las nanopartículas metálicas, basada en la fuerza total integrada de la corriente de electrones de apantallamiento.

"La aromaticidad de las moléculas es uno de los conceptos más antiguos de la química, y se ha relacionado tradicionalmente con las moléculas orgánicas en forma de anillo y con su densidad de electrones de valencia deslocalizados que pueden desarrollar corrientes circulantes en un campo magnético externo. Sin embargo, se carece de criterios cuantitativos generalmente aceptados para el grado de aromaticidad. Nuestro método proporciona ahora una nueva herramienta para estudiar y analizar las corrientes de electrones a la resolución de un átomo dentro de cualquier nanoestructura, en principio. Los revisores de nuestro trabajo lo consideraron un avance significativo en este campo", afirma el profesor Häkkinen, que coordinó la investigación.

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